中 南 大 学 工 业机器人导论 实 验 报 告 机电工程 学院 机械 专业 班 同组人 姓 名 学号 指导老师 实验日期 2013 年 10 月 22 日 成 绩 实 验 名 称 机器人运动学实验 一、实验目的 1．了解四自由度机械臂的开链结构； 2．掌握机械臂运动关节之间的坐标变换原理； 3．学会机器人运动方程的正反解方法
二、实验原理简述 本实验以 SCARA 四自由度机械臂为例研究机器人的运动学问题
机器人运动学问题包括运动学方程的表示,运动学方程的正解、反解等,这些是研究机器人动力学和机器人控制的重要基础,也是开放式机器人系统轨迹规划的重要基础
机械臂杆件链的最末端是机器人工作的末端执行器(或者机械手)，末端执行器的位姿是机器人运动学研究的目标，对于位姿的描述常有两种方法：关节坐标空间法和直角坐标空间法
本次实验用 D-H 变化方法求解运动学问题
建立坐标系如下图所示 连杆坐标系{i }相对于{ i − 1 }的变换矩阵 可以按照下式计算出，其中连杆坐标系D-H 参数为由表1-1 给出
齐坐标变换矩阵为： 其中 描述连杆i 本身的特征；和描述连杆 i− 1 与 i 之间的联系
对于旋转关节，仅是关节变量，其它三个参数固定不变；对于移动关节，仅是关节变量，其它三个参数不变
其中连杆长 l1=200mm，l2=200mm，机器人基坐标系为O-X0Y0Z0
根据上面的坐标变换公式，各个关节的位姿矩阵如下： 表1-1 连杆参数表 运动学正解：各连杆变换矩阵相乘，可得到机器人末端执行器的位姿方程（正运动学模型）为： 其中：z 轴为手指接近物体的方向，称接近矢量a （approach）；y 轴为两手指的连线方向，称方位矢量o（orientation）；x 轴称法向矢量n（normal ），由右手法则确定，n=o*a
p 为手爪坐标系原点在基坐标系中的位置矢量
